Nasza wiedza na temat pochodzenia i tożsamości komórkowej komórek piankowatych in vivo jest uderzająco ograniczona, biorąc pod uwagę wszechobecność tych komórek w zmianach miażdżycowych i ich krytyczną rolę w patogenezie zmian, w tym w późnych stadiach klinicznych, takich jak zawał serca lub udar mózgu. W badaniach patologicznych zaawansowanych zmian u ludzi,1 komórki piankowate, czyli komórki bogate w lipidy, zostały po raz pierwszy zidentyfikowane jako makrofagi przy użyciu przeciwciał monoklonalnych przeciwko CD68, CD45 i HLA klasy II (cluster of differentiation 68, cluster of differentiation 45 i human leukocyte antigen class II).2 Jednakże, szybko dołączyły do nich badania z użyciem ulepszonych przeciwciał przeciwko aktynie, które wykazały, że komórki mięśni gładkich (SMC) również mogą dawać początek komórkom piankowatym, zarówno w zaawansowanych, jak i wczesnych stadiach zmian u ludzi.3,4 Jednak ostatnie badania nad śledzeniem linii rozwojowych przeprowadzone przez nasze laboratorium5-7 i innych8 wykazały, że używanie samych genów markerowych do przypisania pochodzenia komórek nie jest wiarygodnym podejściem w kontekście zmian miażdżycowych. Rzeczywiście, wykazano, że SMC mogą tracić swoje markery kurczliwości i wyrażać markery makrofagów, takie jak CD68,5 komórki śródbłonka i makrofagi mogą przechodzić transformację mezenchymalną i wyrażać markery SMC,9-11 a niektóre komórki w ludzkich zmianach chorobowych wyrażają zarówno CD68 jak i ACTA2 (aktyna alfa 2), co jeszcze bardziej gmatwa nasze rozumienie pochodzenia komórek piankowatych w obrębie zmian chorobowych.5,12

Patrz artykuł towarzyszący na stronie 876

W tym numerze Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, Wang i wsp.13 dostarczają intrygujących dowodów na to, że 60% do 70% komórek piankowatych w zmianach miażdżycowych u myszy jest pochodzenia SMC, a nie leukocytów. Co ważne, wnioski opierają się na imponującym wykorzystaniu komplementarnych metod, w tym myszy śledzących linię SMC, specjalistycznych metod cytometrii przepływowej, które zachowują komórki piankowate zarówno pochodzenia leukocytarnego, jak i nieleukocytarnego, oraz wykazaniu, że komórki piankowate pochodzące z SMC wydają się być negatywne dla markera pan-leukocytów CD45. Ta ostatnia obserwacja jest ważna, ponieważ ta sama grupa wcześniej wykazała, że >50% komórek piankowatych w ludzkich zaawansowanych zmianach w tętnicach wieńcowych to ACTA2+ CD68+, ale CD45-, co sugeruje, że komórki nieleukocytarne są również głównym źródłem komórek piankowatych w ludzkich zmianach, a nie monocyty-makrofagi, jak od dawna zakładano.14,15 Chociaż dane uzyskane na myszach wydają się przekonujące, interpretacja danych dotyczących ludzi pozostaje kontrowersyjna, ponieważ jest całkowicie zależna od nieudowodnionego założenia, że wszystkie komórki piankowate pochodzące z leukocytów w ludzkich zmianach zachowują ekspresję CD45. Dodatkowym ograniczeniem jest niemożność przeprowadzenia rygorystycznego śledzenia linii w badaniach na ludziach. Nasze laboratorium opracowało wcześniej metodę epigenetyczną, która umożliwia wykrywanie komórek wywodzących się z SMC na podstawie wykrywania H3K4diMe (dimetylacja lizyny 4 na histonie 3) w regionie promotora Myh11 (myosin heavy chain 11) w wycinkach histologicznych.6 Jednak ta metoda będzie miała ograniczoną przydatność do analizy komórek piankowatych, ponieważ, jak wskazali Wang i wsp. Zatem, w jaki sposób można rozwiązać te nieodłączne ograniczenia?

Wierzymy, że rozwiązanie zostanie znalezione w oparciu o bezstronne analizy RNAseq pojedynczych komórek (scRNAseq) zaawansowanych zmian u ludzi w połączeniu z uzupełniającymi badaniami scRNAseq, cytometrii przepływowej i cytometrii masowej (CyTOF) zaawansowanych zmian z linii SMC śledzących miażdżycę u myszy. Chociaż ostatnio przeprowadzono szereg badań scRNAseq zmian miażdżycowych, jak dotąd uważamy, że miały one poważne ograniczenia w odniesieniu do rozstrzygnięcia trwającej od dziesięcioleci kontrowersji dotyczącej głównego źródła komórkowego komórek piankowatych. Dane te podkreślają unikalny wgląd zapewniony przez nowe techniki, ale także nakłaniają do ostrożności przy interpretacji tych i innych badań i sugerują, że dalsze badanie tożsamości i właściwości komórek przy użyciu rygorystycznego śledzenia linii, wraz z scRNAseq i zaawansowanymi testami poziomu białek jest kluczowym obszarem przyszłych badań.

Wang i wsp. użyli utrwalania lipidów, a następnie barwienia BODIPY (boron-dipyrromethene) i cytometrii przepływowej do próby ilościowego określenia i scharakteryzowania komórek piankowatych w aortach miażdżycowych pochodzących od myszy karmionych dietą zachodnią lub starzejących się ApoE-/-. Podobna technika została użyta przez Kim i wsp.16 do izolacji komórek piankowatych BODIPY+ SSChi z aort miażdżycowych myszy do analizy metodą RNAseq pojedynczych komórek. Co ważne, oba badania analizowały całe aorty, a nie zmiany, tak więc większość analizowanych komórek nie pochodzi ze zmian miażdżycowych per se, ale raczej odzwierciedla ogólne populacje komórek w zmianach, mediach i adventitii. Co więcej, Kim i wsp. skupili się na sortowanych komórkach CD45+ w celu określenia profilu populacji makrofagów w aorcie u myszy, co oczywiście wykluczyłoby komórki piankowate pochodzące z SMC opisane przez Wang i wsp. Grupa ta zamieściła w suplemencie dane scRNAseq dla wszystkich komórek piankowatych BODIPY+SSChi. Co ciekawe, dane te pokazują komórki pozytywne dla ACTA2 i Sm22a, które mogą być komórkami piankowatymi nie pochodzącymi z leukocytów, opisanymi przez Wang i wsp. w ich badaniach. Jednak, co ważne, wyniki scRNAseq mogą nie być wiarygodną metodą ilościowego określania pochodzenia komórek piankowatych, ponieważ Winkels i wsp. znaleźli dowody oparte na dekonwolucji bulk RNAseq, że standardowe techniki scRNAseq zaniżają próbkę makrofagów i monocytów o ≈65%.17 Może to być głównym powodem, dla którego grupy szczególnie zainteresowane populacjami makrofagów musiałyby koncentrować te komórki za pomocą cytometrii przepływowej przed analizą, techniką stosowaną w kilku ostatnich pracach opisujących leukocyty w obrębie miażdżycowych naczyń krwionośnych.16 -18 Jednak takie podejścia są szczególnie interesujące dla makrofagów.-18 Jednak takie podejście prawdopodobnie zmniejszy potencjalną moc scRNAseq do wykrywania różnorodności typów komórek i odkrywania znaczenia wcześniej nieznanych populacji komórek w chorobie. W rzeczywistości nasze uprzedzenia dotyczą nie tylko wprowadzania komórek, ale także interpretacji danych scRNAseq, gdzie badacze uzyskują cały transkryptom populacji komórek aorty lub zmian chorobowych, a następnie przystępują do określania typu komórek na podstawie użycia kilku znanych markerów. To pokonuje cel technologii przeznaczonej do oddzielania grup na podstawie setek lub tysięcy genów i może również prowadzić do zamieszania w grupach badających podobne populacje komórek.19,20 Ta ostatnia kwestia jest szczególnie problematyczna, biorąc pod uwagę obecnie dobrze ustaloną niewiarygodność użycia kilku konwencjonalnych i znanych genów markerów do identyfikacji typów komórek w późnych stadiach zmian miażdżycowych.5,9 -11 Rzeczywiście, Wang i wsp.-Wang i wsp. przyznają, że 20% komórek piankowatych innych niż SM również nie wykazuje ekspresji CD45, co wskazuje, że mogą one pochodzić z innego źródła lub z makrofagów, które nie wykazują już ekspresji CD45. Żadna technika nie jest całkowicie bezstronna i dlatego wykorzystanie wielu uzupełniających się technik, w tym śledzenia linii, barwienia immunohistochemicznego, cytometrii przepływowej, CyTOF i sekwencjonowania, musi być złotym standardem w przyszłych badaniach badających tożsamość komórek w miażdżycy.

Ambiguity w identyfikacji komórek opartej na użyciu jednego lub tylko kilku genów markerowych może mieć również krytyczne implikacje terapeutyczne. Oznacza to, że terapia, która może mieć korzystny wpływ na niektóre komórki, może mieć szkodliwy wpływ na inne komórki. Przykładem tego jest niedawna praca naszej grupy w Nature Medicine21, w której nieoczekiwanie wykazano, że inwestowanie i utrzymywanie się SMC w obrębie czapeczki włóknistej zaawansowanych zmian miażdżycowych jest zależne od sygnalizacji IL-1b i receptora IL-1. Z drugiej strony wiadomo, że IL-1b przyczynia się do rozwoju miażdżycy.22 Podobnie, ABCA1 (ATP-binding cassette A1) została wykazana przez Wang i wsp. jako obniżona regulacja w CD45-ujemnych komórkach piankowatych, co według autorów może być mechanizmem ich akumulacji lipidów w czasie. Być może subtelne różnice w zdolności typów komórek do reagowania na mikrośrodowisko blaszki miażdżycowej mają kluczowe znaczenie w patogenezie zmian, ponieważ typy komórek wykonujące niewłaściwą pracę zostają uwięzione. Rzeczywiście, postulujemy, że pochodzące z SMC komórki makrofagopodobne są słabymi substytutami profesjonalnych komórek fagocytarnych i kończą się wciągnięciem lipidu, ale mają ograniczoną zdolność do pozbycia się go (Figura).

Podsumowując, badania przedstawione w niniejszym opracowaniu przez Wang i wsp. stanowią ważny łącznik między obserwacjami komórek piankowatych w zmianach u ludzi i w modelach mysich oraz sugerują niedocenianą rolę SMC w powstawaniu komórek piankowatych. Wnioski Wang i wsp. dostarczają przekonywujących dowodów na to, że w tej dziedzinie potrzeba znacznie więcej badań. Miejmy nadzieję, że dzięki połączeniu zaawansowanych modeli śledzenia linii u myszy i bezstronnego profilowania transkrypcyjnego i proteomicznego komórek zmian chorobowych, będziemy mogli dokładniej określić pochodzenie i funkcje różnych typów komórek obecnych w zmianach chorobowych i opracować nowe, skuteczne metody terapeutyczne w celu zwiększenia stabilności blaszki miażdżycowej i zmniejszenia późnych powikłań zakrzepowych miażdżycy.

Footnotes

.